基于風(fēng)險(xiǎn)的不良地質(zhì)鐵路山嶺隧道施工安全管理研究

楊明華

（鐵科院（北京）工程咨詢(xún)有限公司，北京 100081）

1 引言

巖堆、軟巖大變形、巖溶及富水?dāng)鄬?、煤層、高地?yīng)力等不良地質(zhì)對(duì)隧道施工安全影響大，對(duì)施工人員安全等造成了極大威脅[1]。近年來(lái)，我國(guó)陸續(xù)發(fā)布了《安全生產(chǎn)法》（2021 年修正）[2]、《關(guān)于進(jìn)一步加強(qiáng)隧道工程安全管理的指導(dǎo)意見(jiàn)》[3]等文件，要求進(jìn)一步壓實(shí)安全生產(chǎn)責(zé)任，強(qiáng)化重大風(fēng)險(xiǎn)管控，有效防范隧道施工安全事故發(fā)生。在此情形下，開(kāi)展基于風(fēng)險(xiǎn)的不良地質(zhì)鐵路山嶺隧道施工安全管理研究，對(duì)于確保隧道施工安全意義重大。

針對(duì)隧道施工風(fēng)險(xiǎn)的安全管理，相關(guān)學(xué)者已開(kāi)展大量研究。朱曉寧等[4]揭示了隧道施工風(fēng)險(xiǎn)事故與風(fēng)險(xiǎn)源之間的關(guān)系，開(kāi)展了施工階段隧道風(fēng)險(xiǎn)源辨析和評(píng)估研究。王仕春等[5]從風(fēng)險(xiǎn)源頭的防控著手，開(kāi)展以風(fēng)險(xiǎn)管控為主的安全管理體系建立研究。陳釩等[6]基于安全風(fēng)險(xiǎn)，開(kāi)發(fā)了隧道監(jiān)控信息化系統(tǒng)。桑運(yùn)龍[7]構(gòu)建了風(fēng)險(xiǎn)動(dòng)態(tài)評(píng)估與隱患排查的公路隧道施工安全管控體系，借助移動(dòng)終端和數(shù)字化平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)隧道施工安全風(fēng)險(xiǎn)源的快速采集和動(dòng)態(tài)管理。夏潤(rùn)禾等[8]通過(guò)對(duì)軟弱地質(zhì)圍巖大斷面隧道施工安全潛在風(fēng)險(xiǎn)的分析研究，論述了施工安全風(fēng)險(xiǎn)防范措施，提出了建立隧道災(zāi)害事故應(yīng)急救援體系和組織演練的重要性。

隧道施工風(fēng)險(xiǎn)與事故發(fā)生有直接的因果關(guān)系，風(fēng)險(xiǎn)源失控會(huì)演變成事故隱患，事故隱患得不到治理，就會(huì)發(fā)生事故。通過(guò)基于風(fēng)險(xiǎn)的隧道施工安全管理，能及時(shí)發(fā)現(xiàn)施工過(guò)程中存在的風(fēng)險(xiǎn)，分析風(fēng)險(xiǎn)嚴(yán)重程度和成因，制定落實(shí)控制對(duì)策措施，可確保施工安全。本文簡(jiǎn)述了風(fēng)險(xiǎn)管理的概念，梳理了鐵路山嶺隧道施工不良地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)控制要點(diǎn)，結(jié)合鄭渝高鐵向家灣隧道安全管理實(shí)踐，研究提出了安全風(fēng)險(xiǎn)管理有關(guān)建議。

2 風(fēng)險(xiǎn)管理的概念

風(fēng)險(xiǎn)管理是指通過(guò)風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別、風(fēng)險(xiǎn)估計(jì)和風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)，采用各種風(fēng)險(xiǎn)管理技術(shù)，對(duì)風(fēng)險(xiǎn)實(shí)施有效的控制和妥善處理風(fēng)險(xiǎn)所致的后果，期望達(dá)到以最少成本獲得最大安全保障的目的，基本內(nèi)容包括風(fēng)險(xiǎn)分析、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)和風(fēng)險(xiǎn)控制，并應(yīng)遵循閉環(huán)、動(dòng)態(tài)、分級(jí)、多層次等控制原則[9]。

3 隧道施工不良地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)控制要點(diǎn)

鐵路山嶺隧道施工主要有巖堆、順層偏壓、軟巖大變形、巖溶及富水?dāng)鄬印⒚簩?、高地溫、高地?yīng)力等不良地質(zhì)因素，如果處理不當(dāng)，極易造成危巖落石、塌方、巖爆、突水突泥、瓦斯爆炸等安全事故。隧道施工過(guò)程中，要重點(diǎn)做好以下工作[10]。

（1）根據(jù)工程地質(zhì)條件、施工方法、施工工藝以及設(shè)備、材料等，結(jié)合施工進(jìn)度，動(dòng)態(tài)開(kāi)展風(fēng)險(xiǎn)管理工作。

（2）應(yīng)落實(shí)各項(xiàng)風(fēng)險(xiǎn)控制措施，開(kāi)展隧道洞口邊仰坡工程、不良地質(zhì)洞口及洞身段工程等風(fēng)險(xiǎn)控制措施實(shí)施效果評(píng)估，開(kāi)展軟巖大變形、富水、高瓦斯、高地應(yīng)力、高地溫等不良地質(zhì)施工安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。

（3）施工階段結(jié)合工程建設(shè)工期及進(jìn)度安排，開(kāi)展工程施工組織設(shè)計(jì)及技術(shù)方案風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。對(duì)已識(shí)別風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行跟蹤，對(duì)新出現(xiàn)的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行識(shí)別，當(dāng)施工階段施工中風(fēng)險(xiǎn)因素、風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)發(fā)生重大變化時(shí)，應(yīng)重新進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，調(diào)整和完善風(fēng)險(xiǎn)控制措施。

（4）施工階段應(yīng)建立現(xiàn)場(chǎng)風(fēng)險(xiǎn)管理制度及組織機(jī)構(gòu)，完善現(xiàn)場(chǎng)施工安全防范措施，制定應(yīng)急救援預(yù)案，儲(chǔ)備搶險(xiǎn)物資，并適時(shí)開(kāi)展應(yīng)急演練。

（5）施工現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)建立風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)控和預(yù)警預(yù)報(bào)體系，將監(jiān)控量測(cè)、超前地質(zhì)預(yù)報(bào)納入施工工序管理。確定合理的工程監(jiān)測(cè)方案、預(yù)警閾值，及基于監(jiān)測(cè)結(jié)果的風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警等級(jí)和重大事故隱患判定標(biāo)準(zhǔn)，并建立與風(fēng)險(xiǎn)處理措施的對(duì)應(yīng)關(guān)系。若發(fā)現(xiàn)異?；虮O(jiān)測(cè)指標(biāo)超過(guò)預(yù)警閾值，及時(shí)采取風(fēng)險(xiǎn)處理措施。

（6）風(fēng)險(xiǎn)事件處理結(jié)束后，及時(shí)開(kāi)展風(fēng)險(xiǎn)后評(píng)價(jià)，對(duì)風(fēng)險(xiǎn)管理工作的效果進(jìn)行確認(rèn)和評(píng)價(jià)，總結(jié)風(fēng)險(xiǎn)管理過(guò)程中的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，形成閉環(huán)管理。

4 向家灣隧道施工安全管理

4.1 隧道概況

鄭渝高鐵向家灣隧道位于湖北省興山縣南陽(yáng)鎮(zhèn)境內(nèi)，全長(zhǎng)4 663 m，最大埋深1 025 m。隧址范圍地貌區(qū)劃屬秦嶺大巴山體系，為巖溶剝蝕中山地貌區(qū)。區(qū)內(nèi)山地地勢(shì)北高南低，山頂渾圓，河谷縱橫，地形切割深，地勢(shì)起伏較大，垂直隧道走向的沖溝、溪谷發(fā)育。不良地質(zhì)為危巖落石、巖堆、巖溶、瓦斯，隧道施工中存在的主要風(fēng)險(xiǎn)是危巖落石、塌方、突水突泥、有害氣體，如圖1 所示。

圖1 向家灣隧道工程地質(zhì)縱斷面圖

4.2 施工安全管理過(guò)程

建設(shè)單位是責(zé)任主體，結(jié)合項(xiàng)目實(shí)際情況建立了安全管理體系，并構(gòu)建風(fēng)險(xiǎn)管理機(jī)制，明確了施工、監(jiān)理、設(shè)計(jì)等參建單位和人員管理責(zé)任，建立安全風(fēng)險(xiǎn)信息管理系統(tǒng)。施工過(guò)程中，監(jiān)督施工、監(jiān)理單位落實(shí)設(shè)計(jì)風(fēng)險(xiǎn)防控措施，開(kāi)展了施工工點(diǎn)安全評(píng)估、現(xiàn)場(chǎng)檢查督導(dǎo)等工作，如圖2 所示。

圖2 建設(shè)項(xiàng)目安全管理體系組織架構(gòu)圖

4.3 突水事件處置案例

2019 年2 月28 日凌晨6:40，向家灣隧道平導(dǎo)掌子面里程PDK585+514，初期支護(hù)施工至PDK585+509。對(duì)掌子面和周邊圍巖進(jìn)行了初噴封閉，準(zhǔn)備施做下一循環(huán)超前探孔時(shí)，掌子面拱部左側(cè)出現(xiàn)掉塊塌落，如圖3 所示。3月1 日凌晨2 : 35，掌子面拱部掉塊處出現(xiàn)線(xiàn)狀滴水，初噴混凝土出現(xiàn)剝落，并伴有拱部圍巖掉塊。幾個(gè)小時(shí)后，掉塊持續(xù)，水流由線(xiàn)狀發(fā)展為股狀，如圖4 所示，水質(zhì)起初混濁后逐漸清澈，涌水量穩(wěn)定在每小時(shí)260 m3左右。

圖3 PDK585+514 掌子面拱部左側(cè)掉塊

圖4 PDK585+514 掌子面股狀水

當(dāng)日，建設(shè)單位組織設(shè)計(jì)、施工圖審核、監(jiān)理、施工等參建單位對(duì)掌子面異常情況進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)勘察，形成了動(dòng)態(tài)五方會(huì)審紀(jì)要，出具了處理方案：暫停施工，加強(qiáng)觀察；對(duì)掌子面后方20 m 范圍內(nèi)監(jiān)控量測(cè)及涌水量觀測(cè)，評(píng)價(jià)圍巖監(jiān)控量測(cè)數(shù)據(jù)穩(wěn)定、涌水量穩(wěn)定后，對(duì)掌子面后方初支鋼架加大參數(shù)、加密間距及對(duì)拱墻徑向注漿補(bǔ)強(qiáng)，對(duì)掌子面前方增強(qiáng)超前支護(hù)措施，并在出水點(diǎn)初支背后埋設(shè)排水管等針對(duì)性工程措施。施工單位嚴(yán)格落實(shí)了針對(duì)性工程措施，監(jiān)理單位也加強(qiáng)了超前支護(hù)、初期支護(hù)等工序的過(guò)程監(jiān)督。至2019 年4 月28 日，完成了平導(dǎo)PDK585+509～PDK585+544 段巖溶整治施工，該段突水風(fēng)險(xiǎn)事件順利處置完成。

4.4 安全管理成果

向家灣隧道開(kāi)工以來(lái)，穿越大小巖溶、溶腔、突水等不良地質(zhì)10 余次，穿越 “水簾洞”涌水地段16 次，未發(fā)生任何安全事故，于2020 年5 月4 日順利貫通。各參建單位認(rèn)真履行了 安全生產(chǎn)主體責(zé)任，落實(shí)了設(shè)計(jì)風(fēng)險(xiǎn)防控措施，開(kāi)展了施工現(xiàn)場(chǎng)安全措施落實(shí)檢查督導(dǎo)等工作，取得主要成果如下。

（1）充分利用超前預(yù)報(bào)和圍巖監(jiān)控量測(cè)、有害氣體監(jiān)測(cè)等手段，及時(shí)對(duì)隧道掌子面前方地質(zhì)情況進(jìn)行探測(cè)，及時(shí)確定針對(duì)性工程措施。

（2）以平導(dǎo)超前施工實(shí)現(xiàn)超前地質(zhì)預(yù)報(bào)，研判正洞圍巖及涌水量，隨時(shí)調(diào)整開(kāi)挖方法的施工方案。向家灣隧道平導(dǎo)施工期間多次揭示不良地質(zhì)的實(shí)踐表明：對(duì)于極高風(fēng)險(xiǎn)隧道，設(shè)置超前平導(dǎo)是化解正洞不良地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)的有效手段。

（3）充分發(fā)揮風(fēng)險(xiǎn)管理平臺(tái)作用，建立風(fēng)險(xiǎn)源清單和風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警、響應(yīng)及信息報(bào)送機(jī)制，及時(shí)識(shí)別、分析和處理風(fēng)險(xiǎn)源，消除安全隱患。

（4）制定針對(duì)性工程措施，尤其在巖溶突發(fā)區(qū)段，采取加強(qiáng)初支參數(shù)、拱墻徑向注漿、超前大外插角小導(dǎo)管注漿等加固圍巖措施，軟弱圍巖地段根據(jù)變形量預(yù)留雙層套拱施做空間預(yù)防侵限風(fēng)險(xiǎn)，保證了隧道施工順利通過(guò)，也確保了后期運(yùn)營(yíng)安全。

5 結(jié)論與建議

5.1 建立安全生產(chǎn)管理體系

①成立安全生產(chǎn)組織機(jī)構(gòu)，配備安全生產(chǎn)管理人員，落實(shí)各參建單位全員安全生產(chǎn)責(zé)任制；②建立健全安全生產(chǎn)管理制度，包括安全檢查考核制度、安全生產(chǎn)教育培訓(xùn)制度、安全技術(shù)措施交底制度、現(xiàn)場(chǎng)風(fēng)險(xiǎn)源管理制度等；③完善現(xiàn)場(chǎng)安全管理制度，建立隧道關(guān)鍵工序監(jiān)理人員、施工安全人員旁站驗(yàn)收制度，嚴(yán)格控制洞內(nèi)高危險(xiǎn)作業(yè)點(diǎn)位人員數(shù)量，提高隧道施工機(jī)械化、智能化水平，嚴(yán)防人員聚集增大事故風(fēng)險(xiǎn)；④落實(shí)領(lǐng)導(dǎo)包保責(zé)任，各參建單位明確現(xiàn)場(chǎng)包保領(lǐng)導(dǎo)和專(zhuān)業(yè)工程技術(shù)人員，落實(shí)包保責(zé)任，其中高風(fēng)險(xiǎn)工點(diǎn)必須有項(xiàng)目主要負(fù)責(zé)人進(jìn)行包保，確保及時(shí)處理安全隱患。

5.2 強(qiáng)化安全生產(chǎn)過(guò)程控制

①?lài)?yán)格把控施工方案編制和審查質(zhì)量，要求施工單位組織有資質(zhì)單位認(rèn)真編制分部分項(xiàng)工程專(zhuān)項(xiàng)方案，并對(duì)超過(guò)一定規(guī)模的危險(xiǎn)性較大分部專(zhuān)項(xiàng)工程方案組織專(zhuān)家審查論證；②加強(qiáng)過(guò)程控制，實(shí)行施工單位項(xiàng)目部負(fù)責(zé)人跟班作業(yè)制度，設(shè)計(jì)現(xiàn)場(chǎng)配合機(jī)構(gòu)、監(jiān)理單位主要負(fù)責(zé)人要每周對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)安全措施落實(shí)情況進(jìn)行監(jiān)督檢查；③嚴(yán)格落實(shí)安全風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)技術(shù)措施，針對(duì)不同安全控制要點(diǎn)，制定針對(duì)性工程措施，并嚴(yán)格落實(shí)；④加強(qiáng)風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測(cè)，將超前地質(zhì)預(yù)報(bào)、監(jiān)控量測(cè)納入施工工序管理，通過(guò)對(duì)工程自身結(jié)構(gòu)、環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)的全面監(jiān)控，提前識(shí)別和預(yù)測(cè)地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)因素，保證施工安全。

5.3 提高安全風(fēng)險(xiǎn)管理信息化應(yīng)用水平

①建立風(fēng)險(xiǎn)管理信息化平臺(tái)，監(jiān)理、施工人員每天上報(bào)風(fēng)險(xiǎn)管理排查情況，實(shí)現(xiàn)風(fēng)險(xiǎn)動(dòng)態(tài)管理與隱患快速排查，及時(shí)識(shí)別、處理風(fēng)險(xiǎn)源，消除安全隱患；②開(kāi)發(fā)交互式施工安全風(fēng)險(xiǎn)管控平臺(tái)，該平臺(tái)可以實(shí)時(shí)獲取隧道超前地質(zhì)預(yù)報(bào)和圍巖監(jiān)控量測(cè)結(jié)果，從而實(shí)時(shí)掌握掌子面前方地質(zhì)情況，同時(shí)，該平臺(tái)可以監(jiān)控隧道圍巖變形和初支應(yīng)力、水量、有害氣體濃度變化，一旦出現(xiàn)異常情況，平臺(tái)將及時(shí)發(fā)出預(yù)警、消除安全隱患；③做好視頻監(jiān)控及隧道進(jìn)洞人員信息化管理，在隧道的正洞口、平導(dǎo)洞口等安全敏感點(diǎn)設(shè)置全天候遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控，現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控系統(tǒng)分別與施工單位項(xiàng)目部安全生產(chǎn)監(jiān)視指揮中心、建設(shè)單位實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程視頻系統(tǒng)平臺(tái)相連，并具有記錄追溯功能。

5.4 提高重大風(fēng)險(xiǎn)防范和應(yīng)急處置能力

①完善相關(guān)法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)，研究制定隧道工程項(xiàng)目管理人員的資質(zhì)能力要求、配備規(guī)定和從業(yè)規(guī)范，完善不良地質(zhì)環(huán)境條件下隧道施工重大事故隱患判定標(biāo)準(zhǔn)，提高現(xiàn)場(chǎng)安全管理能力和工作效率；②嚴(yán)格把控施工現(xiàn)場(chǎng)重大風(fēng)險(xiǎn)，落實(shí)安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估制度，嚴(yán)格論證重大風(fēng)險(xiǎn)方案變更審查程序；③提高應(yīng)急處置能力，對(duì)項(xiàng)目環(huán)境、工程等方面存在的重大危險(xiǎn)源或危險(xiǎn)因素，制定突發(fā)事件總體應(yīng)急預(yù)案，對(duì)殘留風(fēng)險(xiǎn)較高的塌方、涌水涌泥、有害氣體突出等風(fēng)險(xiǎn)事件，劃分預(yù)警分級(jí)，編制專(zhuān)項(xiàng)應(yīng)急救援預(yù)案，定期開(kāi)展應(yīng)急演練。